SISTEMAS INTELIGENTES PARA AUTOMAÇÃO

Pós-Graduação em Engenharia de Automação

Industrial

Indústria 4.0

AULA 02

FÁBRICA INTELIGENTE

o próximo passo da Automação!

Sumário

●Desafios que levaram a Indústria 4.0●Evolução Histórica e Conceitos●Arquiteturas Propostas ●Pilares 4.0

Os desafios da "Produção do futuro" levaram a Indústria 4.0

● Ritmo acelerado da mudança tecnológica● Soluções personalizadas● Tecnologias inovadoras● Grande diversidade de clientes e mercados● Pressão permanente sobre os custos● Globalização● Aumentar a importância da disponibilidade de produto e

entrega rápida● O aumento dos custos de energia e consciência ambiental● Redes, flexibilidade e adaptabilidade na produção

Histórico● Projeto do governo alemão que visa promover a

informatização da manufatura (indústria 4.0)

● Smart Manufacturing Leadership Coalition (SMLC) – Iniciativa Norte Americana - Coalisão da Liderança para Manufatura Inteligente

● A fábrica, baseada nestes conceitos, se caracteriza pela capacidade de adaptação, eficiência de recursos, ergonomia e integração entre clientes e parceiros em processos de negócio e de valor.

Histórico● O termo industria 4.0 se tornou publicamente conhecida em 2011,

quando uma iniciativa com o mesmo nome – uma associação de representantes do setor produtivo, político e acadêmico –promoveram a ideia com uma abordagem para o fortalecimento da competitividade da indústria manufatureira alemã (Kagermann, Lukas, & Wahlster, 2011).

● O governo federal alemão apoiou a ideia anunciando que a indústria 4.0 faria parte do projeto High-Tech Strategy 2020 for Germany, que levaria o país à liderança na inovação tecnológica.

● Como consequência, foi criado um grupo de trabalho para a indústria 4.0.

● A primeira recomendação desenvolvida para a implementação da indústria 4.0, foi publicada em abril de 2013, Kagermann et al. (2013) descreveram sua visão para a indústria 4.0.

Evolução Industrial

A mudança para a Indústria 4.0 irá envolver uma transição de longo prazo

A visão da Indústria 4.0 como parte de um mundo conectado e inteligente

• Indústria 4.0 centra-se na produção de produtos inteligentes, métodos e processos

• Sistemas Cibernéticos Físicos para Produção que permitem a “fábrica inteligente”;

• Os produtos são inteligentes e apoiam ativamente o processo de produção;

• Em suas interfaces, a fábrica torna-se parte de uma infraestrutura inteligente;

• A produção é adaptado ao ritmo humano

No futuro ao produtos “devem”....

...ter uma interface derede padronizada

...serem descritos por modelos

...serem tratadoscomo objetos abstratos

...ter identidade única

...serem localizadosem qualquer tempo

...oferecer autonomia

Afetando a Manufatura

PosiçõesDesconhecidas

Fios

Hierárquico

MonolíticoLocais Fixos

● Produto com ciclo de vida curto● Produtos Individualizados● Competição Internacional● Demanda por Qualidade

Informação e Tecnologia da Informação

Distribuído

Modular

Conscientização

Alteração de Locais

Sensores de Localização

Pilares Tecnológicos da Manufatura 4.0

Cyber-Physical Systems (CPS) - É um ambiente de sistemas interconectados em que sensores inteligentes podem automaticamente configurar uma máquina e também auto ajustar os processos de produção de forma descentralizada de acordo com dados coletados e analisados em tempo real.

É a Fusão do mundo físico e do mundo virtual. Os CPS são integrações de cálculo e processos físicos, e de computadores e redes de monitoramento e controle físico dos processos.

• Em geral, com sistemas fechados de feedback, onde os processos físicos afetam os cálculos e vice versa.

Pilares Tecnológicos da Manufatura 4.0

Internet das Coisas (IoT) – Disponibilização de dados em tempo real através de dispositivos móveis utilizando-se de:

• Conexão dos dispositivos móveis a grandes bancos e dados através da internet• Identificação de alterações na capacidade física das coisas através de sensores inteligentes;• Sendo capaz de interagir e conectar com diversos objetos de forma sensorial e inteligente

Analytics – Através da aplicação de conceitos e modelos matemáticos de planejamento preditivo integrados ao chão de fábrica.

Big Data – Capacidade de processamento de grandes volumes de dados calculando de forma real time as programações de máquinas e ajustes nos processos produtivos de forma integrada na cadeia produtiva.

Pilares Tecnológicos da Manufatura 4.0

Fábrica inteligente ( Smart Factory ) A fábrica inteligente é definida como uma fábrica que compreende o contexto e ajuda pessoas e máquinas na execução de suas respectivas tarefas

Isto é obtido mediante sistemas de trabalho em segundo plano (“Calm System”), e meios sensíveis ao contexto, nos quais o sistema pode levar em consideração informações de contexto como a posição e status de um objeto.

Estes sistemas cumprem suas tarefas tendo como base a informação procedente do mundo físico e do virtual.

Em uma fábrica inteligente os CPS se comunicam por meio da Internet das coisas e auxiliam pessoas e máquinas na execução de suas tarefas

Integração da Manufatura com ambientes ..

Princípios estruturais da Industria 4.0

Interoperabilidade (Interoperability) - é um elemento muito importante da Industria 4.0. Na Industria 4,0 a empresa , os CPS e os seres humanos estão conectados por meio da Internet das coisas e da Internet de Serviços. Os padrões serão um fator chave de sucesso para a comunicação entre CPS de diversos fabricantes.

Virtualização (Virtualization) - Significa que os CPS são capazes de monitorar processos físicos. Estes dados de sensores estão ligados a modelos de plantas virtuais e modelos de simulação. Isto significa dizer que uma cópia virtual do mundo físico é criado.

Descentralização (Decentralization) - A crescente demanda por produtos customizados torna cada vez mais difícil o controle central dos sistemas. Os computadores embarcados permitem aos CPS tomar decisões por conta própria. Somente os casos de falhas de tarefas, são delegados a um nível mais elevado (Hompel, Otto , 2014, p.6).

Capacidade em tempo real (Real-Time Capability) - Para tarefas organizacionais é necessário que os dados sejam coletados e analisados em tempo real. O estado da planta deverá estar permanentemente rastreado e analisado . Assim, a planta pode reagir à falha de uma máquina e reencaminhar para outra máquina ( Schlick et al., 2014, p.75).

Orientação por serviço (Service Orientation) - As informações sobre os serviços das empresas , os CPS , e as pessoas estão disponíveis na IoS e podem ser utilizados por outros participantes. Eles podem ser oferecidos tanto internamente quanto externamente à empresa via Cloud, por exemplo.

Princípios estruturais da Industria 4.0

METODOLÓGICOS:

Modularidade (Modularity) - Os sistemas modulares são capazes de se adaptarem (flexibilidade) às mudanças das necessidades, por meio da substituição ou ampliação dos módulos individuais. Portanto, os sistemas modulares podem ser facilmente ajustado , no caso de flutuações sazonais ou mudanças nas características do produto.

Produção Enxuta (Lean Manufacturing) – Os fluxos de valor e processos produtivos dever estar ajustados. Redução das perdas ao longo do fluxo de valor precisam ser entendidas para melhor aproveitamento das tecnologias.

Fábrica do Futuro (Exemplo Alemão)

“Numa fábrica inteligente, trabalhadores, máquinas, produtos e matérias-primas se comunicam de forma tão natural quanto pessoas numa rede social”, diz Henning Kagermann, diretor da Academia Alemã de Ciência e Engenharia, uma das entidades que lideram o projeto Indústria 4.0. A estimativa é que, em 20 anos, boa parte da indústria alemã tenha adotado esse padrão de produção.

Hoje, o país já conta com alguns exemplos de fábricas inteligentes. Na unidade de equipamentoseletroeletrônicos da Siemens, em Amberg, as linhas de produção não lembram em nada as tradicionais, que repetem continuamente a manufatura da mesma peça.

Sem a interferência de funcionários, máquinas que operam 24 horas por dia fabricam 950 diferentes componentes que são encomendados pelo sistema. A automação extrema leva a um baixíssimo índice de defeitos — um estudo da consultoria americana Gartner em Amberg registrou 15 peças com defeito a cada 1 milhão produzido.

“Não são apenas a competição e o aumento de custos que estão exigindo mudanças na manufatura”, diz Sieg-fried Russwurm, presidente mundial da divisão industrial da Siemens.

“O ciclo de vida da tecnologia está se reduzindo e as demandas por uma produção sob medida estão aumentando.”

Fábrica do Futuro (Defasagem Tecnológica – offset)

Enquanto o mundo se prepara para essa nova Revolução Industrial, o Brasil parece não ter se dado conta dos imensos desafios que o cercam. Em 2013, o país comprou menos de 1 300 robôs industriais — a Coreia do Sul adquiriu 21 000, e a China, 37 000.

No Brasil, a idade média de máquinas e equipamentos é 17 anos — ante sete anos nos Estados Unidos e cinco na Alemanha. Numa era de imensos ganhos tecnológicos, as empresas brasileiras estão presas a tecnologias ultrapassadas, o que afeta diretamente a produtividade do país.

Essa defasagem tecnológica tem várias explicações. A primeira é que o Brasil ainda tem uma economia fechada.

Com o mercado doméstico garantido, as indústrias instaladas aqui têm menos incentivos para investir em aumento de produtividade.

Agenda da Industria 4.0 e o governo

http://www.industria40.gov.br